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近年来,国防和军事技术的发展提出了在673K以上工作的高温稀土永磁材料的需求。2:17型RECo永磁合金因其磁性能高、居里温度高、耐蚀性以及热稳定好,成为研究得最多的材料体系。本文自主设计合金成分,应用新型放电等离子烧结技术(SPS)具有烧结速度快、烧结温度低的优点,结合熔体快淬、高能球磨、SPS烧结和退火工艺,制备出2:17型Tm2CO17-xMx系(M=Fe,Zr,Mn)纳米晶磁体、Tm2(Co0.7Fe0.3)17/SmCo5系纳米晶复合磁体以及Sm(CoCuFeZr)7.5纳米晶磁体,研究了替代元素M(M=Fe,Zr,Mn)、成分配比及SPS工艺和热处理工艺对磁体的显微结构、晶体结构以及室温和高温磁性能的影响。
采用Cu-Ka辐射的X射线衍射仪(XRD)分析Tm2Co17-x系(M=Fe,Zr,Mn)、Tm2(Co0.7Fe0.3)17/SmCo5系和Sm(CoCuFeZr)7.5纳米晶烧结磁体的晶体结构,并计算出磁体的晶格参数和晶粒尺寸。采用透射电子显微镜(TEM)观察磁体的微观结构。采用物理性质测量系统(PPMS)测试磁体的磁滞回线,确定磁体的饱和磁化强度、剩磁、矫顽力等磁性能参数,观察到纳米晶磁体的剩磁增强效应:并通过剩磁曲线δM-H的变化趋势,表现出纳米晶间强交换耦合作用。
研究发现,Tm2Co17-xMx系(M=Fe,Zr,Mn)纳米晶永磁体具有Th2Ni17型晶体结构。替代元素Fe、Zr和Mn的添加都能够改善磁体的磁性能,其中铁磁性元素Fe能够明显提高磁体的磁晶各向异性场,Tm2(Co0.7Fe0.3)17的各向异性场最高,达到4.8T,比Tm2Co17的各向异性场提高了92％;非铁磁性元素zr和Mn能够明显细化磁体晶粒,使衍射峰宽化,从而改善磁体矫顽力。制备的Tm2(Co0.7Fe0.3)17磁体具有最佳的综合磁性能:饱和磁化强度为1.35T,剩磁为0.84T,矫顽力iHc=0.27T,另外,573K时的饱和磁化强度和剩磁比室温时的高,得到正的剩磁温度系数。两种硬磁相Tm2(Co0.7Fe0.3)17/SmCo5系纳米晶复合磁体的矫顽力随着SmCo5含量的增加逐渐升高。Sm(CoCuFeZr)7.5纳米晶永磁体具有TbCu7晶体结构,经时效处理,磁体未形成类似于传统烧结磁体的胞状显微组织结构。对于上述三类磁体的退火处理发现,在适当的工艺条件下,磁体的矫顽力都会得到明显的改善。